[發明專利]一種碳纖維表面處理的方法

在審

• 申請號: 202010618949.3
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111793857A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 劉福杰;王國喜;劉福燕;李愛東;沈霞;蔡虓
• 申請（專利權）人: 鎮江市高等專科學校
• 主分類號: D01F11/16
• 分類號: D01F11/16;D01F11/12;D01F9/22
• 代理公司: 鎮江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

本發明公開了一種碳纖維表面處理的方法。它包括以下步驟：A、將碳纖維原料制備成紡絲原液，并將采用紡絲原液進行紡絲制備的PAN基原絲直接進行預氧化處理或將幾束纖維合并后再進行預氧化處理，得到預氧化纖維；B、將預氧化纖維低溫碳化，然后再進行高溫碳化后獲得表面未處理的碳纖維束絲；C、在浸漬槽中將碳纖維束絲在電解液中浸漬，使電解液在碳纖維束絲內部充分滲透；D、在電解槽中將浸漬后的碳纖維束絲進行表面電解處理。優點是：消除了碳纖維束絲內外部單絲表面處理程度的差異，改善了碳纖維與基體樹脂間的親和性，從而提高碳纖維復合材料的綜合性能，具有工藝設備簡單、處理效率高、處理效果好，并且對環境基本無污染。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維生產過程中的后處理工藝，具體涉及一種碳纖維表面處理的方法，屬于新型材料生產技術領域。

背景技術

碳纖維是利用有機纖維經過預氧化、低溫碳化和高溫碳化等工藝過程制得的其含碳量在90％以上的一種新型碳材料，它具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗蠕變、低熱膨脹、高導電和導熱、自潤滑等一系列優異性能；而且作為纖維還具有柔軟性和可編、可紡織性，被廣泛應用于航天航空、國防軍事等尖端領域以及高級體育休閑用品、醫療器械等民用工業，成為先進復合材料的主要增強體之一，被譽為21 世紀中最有生命力的新型材料。

一般來說，碳纖維需要與熱塑性、熱固性等基體樹脂復合，以復合材料的形式進行應用，在碳纖維復合材料生產和使用過程中，為了能夠有效地發揮碳纖維的強度、模量等性能，需要碳纖維與基體樹脂之間具有牢固的結合，因此，在碳纖維生產制造過程中，作為后處理工藝，通常都會通過陽極氧化法對碳纖維的表面進行處理以形成親水性官能團，使碳纖維表面由憎水性轉變為親水性，提高碳纖維與基體樹脂的復合性能。

在碳纖維生產過程中，碳纖維均以束絲形式在生產線上進行生產，其絲束規格常用范圍為1K～50K；同時，在碳纖維生產過程中的后處理階段，碳纖維屬于剛性材料，為了保證其可通過性，碳纖維束絲一般在較高的張力下運行，因此要使碳纖維束絲內的每一根單絲都得到均一的表面處理就成為一個問題，也就是說碳纖維束絲的張力大，在表面處理過程中，電解液難以滲透到纖維束的內部，因此相對于碳纖維束絲的外部，其內部的單絲達到同等程度的表面處理效果就更加困難；這樣以來，所形成的碳纖維束絲中的內外單絲表面處理程度不均一，在與基體樹脂進行復合時，表面處理程度低的單絲與樹脂的親和性就差，從而容易剝離脫落，降低碳纖維復合材料的性能。

為了使碳纖維束絲內部的單絲表面與基體樹脂也具有良好的親和性，就考慮對碳纖維束絲進行更高強度的表面處理，這樣以來，不僅加劇了上文所述的表面處理程度不均一的現象，而且由于碳纖維束絲外部的單絲過度氧化，在纖維的表面形成缺陷，同樣降低碳纖維復合材料的性能。

近年來，隨著碳纖維生產和應用技術的提高，碳纖維在軍品和民品兩個市場得到廣泛應用，應市場需求，為了降低生產成本，正逐步大量使用大絲束的碳纖維，這樣以來上述問題就進一步放大，因此，消除碳纖維束絲在碳纖維表面處理過程中絲束內外單絲表面處理程度的差異，是關系到碳纖維復合材料性能提高的重要課題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠消除碳纖維束絲在碳纖維表面處理過程中絲束內外單絲表面處理程度的差異，提高碳纖維復合材料性能的碳纖維表面處理的方法。

為了解決上述技術問題，本發明的碳纖維表面處理的方法，包括以下步驟：

A、將碳纖維原料制備成紡絲原液，并將采用紡絲原液進行紡絲制備的PAN基原絲直接進行預氧化處理或將幾束纖維合并后再進行預氧化處理，得到預氧化纖維；

B、將預氧化纖維在300～1000℃的氮氣氣氛中，施以牽伸并進行低溫碳化，然后在最高溫度1200～1800℃的氮氣氣氛中，再進行高溫碳化后獲得表面未處理的碳纖維束絲；

C、在浸漬槽中將碳纖維束絲在酸性或堿性水溶液所組成的電解液中浸漬，浸漬時間為5s以上使電解液在碳纖維束絲內部充分滲透；